机床电气控制与PLC,机械工业出版社,第3章 典型机床的PLC控制,知识目标 技能目标,知识目标,1）了解PLC的产生过程、特点、应用及发展趋势 2) 掌握PLC的基本结构、工作原理和常用的编程语言 3) 掌握西门子S7-200系列PLC的基本逻辑指令系统 4) 掌握梯形图和指令程序设计的基本方法 5) 掌握梯形图编程规则、编程技巧和方法技能目标,1）能根据项目要求，设计PLC的硬件接线图，进一步熟练掌握PLC的接线方法 2) 能熟练地应用西门子S7-200系列PLC基本逻辑指令，编写控制系统的梯形图和指令程序 3) 能熟练地使用西门子公司的STEP-Micro/WIN32编程软件，设计PLC控制系统的梯形图和指令程序，并写入PLC进行调试运行 4）能根据机床动作和I/O接口，分析典型机床的PLC控制梯形图问题导入,前面学习了C650卧式车床、T68型卧式镗床等典型机床的继电器-接触器控制线路分析，如何用可编程序控制器（PLC）来改造这些机床呢？改造后的机床有什么优点？,本章内容,3.1 初步认识PLC 3.2 S7-200系列PLC 3.3 电动机启动、停止的PLC控制 3.4 电动机星形—三角形降压启动的PLC控制 3.5 自动往返运行的PLC控制 3.6 步进电动机的PLC控制 3.7 典型机床的PLC控制,3.1 初步认识PLC,3.1.1 PLC系统的组成及工作原理 3.1.2 PLC的表达方式 3.1.3 PLC的技术指标 3.1.4 PLC的分类,3.1.1 PLC系统的组成及工作原理,1．PLC系统的组成 2．PLC系统的工作原理,1．PLC系统的组成,（1）硬件 可编程序控制器主机的硬件电路由中央处理器（CPU）、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、电源等五部分组成，PLC典型硬件系统如图3-1所示。
图3-1 可编程序控制器主机硬件电路图,（2）软件系统,●PLC软件系统和硬件电路共同构成可编程序控制器系统的整体 ● PLC软件系统又可分为系统程序和用户程序两大类 ●系统程序的主要功能是时序管理、存储空间分配、系统自检和用户程序编译等 ●用户程序是用户根据控制要求，按系统程序允许的编程规则，用厂家提供的编程语言编写的程序2．PLC系统的工作原理,（1）扫描工作方式 PLC的工作原理和计算机的工作原理基本一致，但是工作方式有所不同，PLC采用循环扫描的工作方式PLC有两种工作模式，即运行（RUN）与停止（STOP） （2）扫描周期 PLC在运行工作模式时，执行一次循环扫描操作所需要的时间称为扫描周期，其典型值约为1ms～100ms3）工作过程 可编程序控制器通过循环扫描输入端口的状态、执行用户程序来实现控制任务 （4）输入／输出滞后时间 输入／输出滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻到它控制的外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔3.1.2 PLC的表达方式,1．梯形图编辑器（LAD） 2．指令表（IL）,,3．功能块图编辑器（FBD） 这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。
该编程语言用类似“与门”、“或门”的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量4．顺序功能图（SFC） 顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能，是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用于编制顺序控制程序 顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，根据它可以很容易地画出顺序控制梯形图程序5．结构文本（ST） 结构文本（ST）是IEC1131-3标准创建的一种专用的高级编程语言 与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑3.1.3 PLC的技术指标,1．I/O点数 2．存储容量 3．扫描速度 4．指令系统 5．可扩展性 6．通信功能,1．I/O点数,可编程序控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和，又称主机的开关量I/O点数它是描述PLC大小的一个重要参数2．存储容量,PLC的存储器由系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器3部分组成 PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标3．扫描速度,可编程序控制器采用循环扫描工作方式，扫描速度与周期成反比影响扫描速度的主要因素，有用户程序的长度和PLC产品的类型。
PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度4．指令系统,指令系统是指PLC所有指令的总和 可编程序控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对复杂 用户应根据实际控制要求，选择合适指令功能的可编程序控制器5．可扩展性,小型PLC的基本单元（主机）多为开关量I/O接口，各厂家 在PLC基本单元的基础上大力发展模拟量处理、高速处理、温度控制及通信等智能扩展模块 智能扩展模块的多少及性能也成为衡量PLC产品水平的标志6．通信功能,PLC的通信有PLC之间的通信和PLC与计算机或其他设备之间的通信 通信主要涉及通信模块、通信接口、通信协议和通信指令等内容 PLC的组网和通信能力也成为PLC产品水平的重要衡量指标之一3.1.4 PLC的分类,1．按I/O点数和功能分类 2．按结构形式分类 3．按用途分类,1．按I/O点数和功能分类,PLC按I/O点数可将分成小型、中型和大型 小型（微型）:I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小、价格低的优点，适用于小型设备的控制 中型:I/O点数在256～1024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂的逻辑控制和闭环过程控制。
大 型:I/O点数在1024点以上，用于大规模过程控制、集散式控制和工厂自动化网络2．按结构形式分类,根据结构形式不同，可编程序控制器可分为整体式结构和模块式结构两大类整体式,模块式,整体式 一般是小型PLC，它将所有电路安装于1个机箱内做为基本单元；可通过并行接口电路连接I/O扩展单元 模块式 多为中型以上PLC，不同功能的模块，可以组成不同用途的PLC，适用于不同要求的控制系统3．按用途分类,可分为通用型和专用型两大类 通用型PLC作为标准装置，可供各类工业控制系统选用 专用型PLC是专门为某类控制系统设计的，结构更为合理，控制性能更完善随着可编程序控制器应用的逐步普及，专为家庭自动化设计的超小型PLC也正在形成家用微型系列3.2 S7-200系列PLC,3.2.1 S7-200系列PLC介绍 3.2.2 S7-200系列PLC数据存储区及元器件功能,3.2.1 S7-200系列PLC介绍,1．S7-200系列PLC 2．CPU224 PLC系统的构成 3．CPU22X系列PLC主要技术指标,1．S7-200系列PLC,S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X两代产品 CPU21X系列PLC现在已经很少使用，CPU22X系列PLC应用较多。
CPU22X型PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226四种基本型号CPU221: 6输入/4输出（10个数字量I/O点），无I/O扩展能力，6KB程序和数据存储空间4个独立的30kHz高速计数器，2个独立的20kHz高速脉冲输出端，1个RS-485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯方式 CPU222: 8输入/6输出（14个数字量I/O点），6KB程序和数据存储空间可以连接2个扩展模块，最大扩展78路数字量I/O或10路模拟量I/O点，其它功能同CPU221 CPU224：14输入/10输出（24个数字量I/O点），13KB程序和数据存储空间可以连接7个扩展模块，最大扩展168路数字量I/O或35路模拟量I/O点，也有高速计数和高速输出端 CPU226：24输入/16输出（40个数字量I/O点），13KB程序和数据存储空间可以连接7个扩展模块，最大扩展248路数字量I/O或35路模拟量I/O点，也有高速计数和高速输出端，同时增加了通讯口的数量，通讯能力大大增强2．CPU224 PLC系统的构成,,,（1）输入端子： 输入14点共16个接线端子，名称为I0.0～I0.7、I1.0～I1.5和公共端子1M、2M；用于连接主令信号及检测信号，如起停按钮、行程开关、传感器等，与PLC内部的输入位存储器相对应。
（2）传感器电源端子： 接线端子2个，名称为24V、 0V，是PLC提供给传感器的电源 （3）输入状态指示灯： 当输入信号由0变l后，对应指示灯亮 （4）状态指示灯： PLC状态指示灯用于显示电源、运行、停止等5）通信口： 用于通过通信电缆与上位计算机、其它PLC、变频器或自控仪表连接 （6）输出状态指示灯： 用于显示输出信号的工作状态 （7）PLC工作电源输入端： 电源输入端接线端子3个，名称为 L、N、E（地线）输入为110～240V的交流电 （8）输出端子： 输出10点共12个接线端子，名称为 Q0.0～Q0.7、Q1.0、Q1.1和公共端1L、2L用于连接被控对象，如接触器、电磁阀、信号灯等，与PLC内部的输出位存储器相对应9）扩展模块 当PLC本身的点数不够用时，可通过扩展接口连接扩展模块来完成不同的任务，如数字量和模拟量控制模块 （10）前盖 前盖打开，里面有扩展接口、工作方式开关和模拟电位器 （11）存储器卡 该卡位可以选择安装扩展卡，如EEPROM存储卡、电池和时钟卡等模块3．CPU22X系列PLC主要技术指标,,,,,,,,,,,3.2.2 S7-200系列PLC数据存储区及元器件功能,1．输入继电器（I） 2．输出继电器（Q） 3．通用辅助继电器（M） 4．特殊标志继电器（SM） 5．变量存储器（V） 6．局部变量存储器（L） 7．顺序控制继电器（S） 8．定时器（T） 9．计数器（C） 10．模拟量输入映像寄存器（AI）／输出映像寄存器（AQ） 11．高速计数器（HC）,1．输入继电器（I）,每个输入继电器都有一个PLC的输入端子相对应，用于接收外部的开关信号。
当外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合、常闭触点断开 这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制2．输出继电器（Q）,每个输出继电器都有一个PLC上的输出端子相对应 当通过程序使输出继电器线圈得电时，PLC主机上的输出端开关闭合，可以作为控制外部负载的开关信号 同时在程序中其常开触点闭合、常闭触点断开这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制3．通用辅助继电器（M）,通用辅助继电器如同继电器控制系统中的中间继电器，在PLC中没有输入/输出端与之对应，因此通用辅助继电器的线圈不直接受输入信号的控制，其触点不能驱动外部负载，外部负载必须由输出继电器的外部硬接点来驱动 辅助继电器的常开、常闭接点在PLC的梯形图中可以无限次的自由使用4．特殊标志继电器（SM）,特殊标志继电器是一种特殊的辅助继电器，它具有特殊功能或具有与存储系统状态变量相关的控制参数和信息用户可以通过特殊标志来沟通PLC与被控程序，以便实现一定的控制动作；也可以通过直接设置某些特殊标志继电器位来使设备实现某种功能例如： SM0.1：首次扫描为1，以后为0常用来对程序进行初始化，属只读型 SM0.2：当机器执行数学运算的结果为负时，该位被置1，属只读型。
5．变量存储器（V）,PLC执行程序过程中，会存在一些控制过程的中间结果，这些中间数据也需要用存储器来保存 变量存储器就是根据这个实际要求设计的 变量存储器是S7-200 CPU为保存中间变量而建立的一个存储区，用V表示 可以按位、字节、字、双字四种方式来存取6．局部变量存储器（L）,局部变量存储器用来存放局部变量 局部变量与。